微波原位制备ZnO/MCM-41中高温煤气脱硫剂及其性能的研究

摘要

作为三大化石能源之一的煤炭，其基础能源的重要地位在我国的经济发展中不可动摇，然而由煤炭直接燃烧所产生的各种环境问题却不得不引起人们的重视。整体煤气化联合循环发电技术（IGCC）正是基于对煤炭的综合利用，将煤气作为动力用来发电，是煤炭的一种清洁高效利用的绿色技术。由于煤气中含有大量硫化物，其中90%以上为硫化氢气体，这些气体不仅会对设备造成腐蚀危害，并使催化剂中毒，而且还对人们的健康造成威胁，因此，在煤气进入风机之前，必须将煤气中的硫化氢脱除干净。如何得到一种具有高效脱硫性能及再生性能且易于工业推广的中高温煤气脱硫剂成为研究重点。 本论文从精简脱硫剂制备工艺，提高脱硫性能的角度出发，以乙酸锌和硫代乙酰胺为原料，采用新颖的微波原位合成法，首先通过一步反应得到脱硫剂前驱体 ZnS/MCM-41，而后通过原位再生得到新鲜脱硫剂 ZnO/MCM-41。实验过程中对脱硫剂前驱体的制备工艺进行了优化选择，得到最佳制备条件；之后在原位再生阶段，得到最佳的活性组分负载量；然后对新鲜脱硫剂的再生条件进行考察，得到最佳再生条件；最后在此基础上，进行了五次硫化-再生循环实验，以检验脱硫剂的稳定性。本实验通过XRD、BET、SEM-EDS、TEM、FTIR等表征手段对脱硫剂进行了各个阶段的表征分析，得出以下主要结论： （1）制备脱硫剂前驱体ZnS/MCM41的锌源和硫源分别优选为乙酸锌和硫代乙酰胺，且其最佳制备条件为：微波功率400 W，微波反应时间2.5 h，原料(乙酸锌：硫代乙酰胺)摩尔配比1:3。 （2）对原位再生制备得到的新鲜脱硫剂进行硫化性能测试，得到最佳的活性组分负载量为40%，此条件下，硫容最大，穿透时间最长，且BET比表面积可达527.64 m2/g。并对新鲜样进行SEM及TEM表征，发现采用微波原位再生可以得到颗粒分散均匀、孔隙结构丰富的脱硫剂，而且分子筛载体的有序介孔结构保持完整。 （3）对脱硫剂的再生条件进行了考察，结果显示，最佳再生条件为：再生温度650℃，再生空速5000 h-1及再生氧气浓度6%。脱硫剂在此条件下再生率为91.85%，说明脱硫剂再生性能较好。 （4）对脱硫剂进行了五次硫化-再生循环实验，结果显示，五次硫化后，硫容仍可保持最初的60%，且第一次硫化性能最好，穿透时间为705 min，硫容为11.27 g S/100 g sorbent，更重要的是在硫化过程中脱硫剂保持完好，未出现粉化涨裂现象。 （5）对五次硫化-再生循环过程中的脱硫剂进行XRD分析，结果表明，再生样中含有Zn2SiO4，且部分再生样中还含有ZnS。此外，分析硫化后脱硫剂的孔结构及形貌，发现BET比表面积均有所下降且部分孔道结构堵塞，这些因素可能是导致脱硫剂硫化性能下降的原因。

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